8.5. Качественные углеродистые стали

Этот класс углеродистых сталей выплавляется в электропечах, кислородных конвертерах и мартеновских печах по ГОСТ 1050-74.

Качественные стали поставляют и по химическому составу, и по механическим свойствам. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (серы не более 0,04 %, фосфора не более 0,035 %), неметаллических вклю­чений и газов, макро- и микроструктуры. Качественные углеро­дистые стали маркируют двузначными цифрами 08, 10, 15, 85, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях про­цента с указанием степени раскисленности (кп, пс). Качественные стали делят на две группы: с обычным содержанием марганца (до 0,8 %) и с повышенным содержанием (до 1,2 %). При обозна­чении последних в конце марки ставится буква Г, например 60 Г. Марганец повышает прокаливаемость и прочностные свойства, но несколько снижает пластичность и вязкость стали.

При обозначении кипящей или полуспокойной стали в конце марки указывается степень раскисленности: кп, пс. В случае спокойной стали степень раскисленности не указывается.

По содержанию углерода качественные углеродистые стали подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,25 % С), среднеуглеродистые (0,3-0,55 % С) и высокоуглеродистые конструкционные (0,6-0,85 % С).

Для изделий ответственного назначения применяют высоко­качественные стали с еще более низким содержанием серы и фос­фора. Низкое содержание вредных примесей в высококачествен­ных сталях дополнительно удорожает и усложняет их производ­ство. Поэтому обычно высококачественными сталями бывают не углеродистые, а легированные стали. При обозначении высоко­качественных сталей в конце марки добавляется буква А, напри­мер сталь У10А.

Углеродистые стали, содержащие 0,7-1,3 % С, используют для изготовления ударного и режущего инструмента. Их марки­руют У7, У13, где У означает углеродистую сталь, а цифра - содержание углерода в десятых долях процента.

9. Чугуны

9.1. Виды чугунов

Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % углерода, называются чугунами. В отличие от стали чугуны имеют более высокое содержание углерода, заканчивают кристаллизацию обра­зованием эвтектики, обладают низкой способностью к пластиче­ской деформации и высокими литейными свойствами. Их техно­логические свойства обусловлены наличием эвтектики в струк­туре. Стоимость чугунов ниже стоимости стали.

Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электро­печах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают пере­дельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передель­ные и специальные чугуны используют для последующей вы­плавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используют для изготовления литья.

В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0 % угле­рода. Кроме углерода обязательно присутствуют примеси S, Р, Мn, S, причем в значительно большем количестве, чем в угле­родистой стали.

В зависимости от формы выделения углерода в чугуне разли­чают:

1. Белый чугун, в котором весь углерод находится в связан­ном состоянии в виде цементита Fe₃C. Чугун в изломе имеет белый цвет и характерный блеск.

2. Половинчатый чугун, в котором основное количество угле­рода (более 0,8 %) находится в виде цементита. Чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита.

3. Серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в связанном состоянии в виде цементита составляет не более 0,8 %.

4. Чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой - белого чугуна. Отбеленный слой получают в толстостен­ных массивных деталях при литье их в металлические формы. По мере удаления от поверхности, вследствие уменьшения ско­рости охлаждения, структура белого чугуна постепенно перехо­дит в структуру серого. Чугун поверхностного слоя в микрострук­туре содержит много твердого и хрупкого цементита, который хорошо сопротивляется износу. Поэтому чугуны с отбеленной поверхностью используют для деталей с высокой износостой­костью, для валков прокатных станов, для мукомольных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, лемехов плугов с отбелен­ным носком и лезвием. Отбел может достигаться благодаря мест­ному увеличению скорости охлаждения за счет установки в ли­тейную форму холодильников в виде металлических вставок.

5. Высокопрочные чугуны, в которых графит имеет шаровид­ную форму.

6. Ковкие чугуны, получающиеся из белых чугунов путем отжига, при котором углерод переходит в свободное состояние в виде хлопьевидного графита.